Impacto de las tecnologías disruptivas en la mejora de la fiabilidad de los equipos.

Juan Ignacio Becerra Sánchez 29 de octubre de 2024

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Juan Ignacio Becerra Sánchez
Consultor independiente

1. LA FIABILIDAD EN LAS DIFERENTES ETAPAS DE LA VIDA DE UN EQUIPO

La fiabilidad de un equipo empieza desde la concepción como uno de los principales valores que debemos tener en cuenta ya que este será uno de los principales aspectos que nuestros clientes valorarán en un futuro a la hora de fidelizar la marca y aportar una publicidad directa que impactará en el mercado.

Las etapas por la que un activo pasa hasta el fin de su vida son:

1. Concepción/ Diseño.
2. Fabricación
3. Puesta en marcha.
4. Utilización del equipo.

Si el paso de una fase a otra se garantiza sin fallos, el resultado será un equipo que gozará de una alta fiabilidad y ahorraremos en costes de ineficiencias en el proceso de desarrollo.

2. LAS TECNOLOGÓASA DISRUPTIVAS DE LA INDUSTRIA 4.0

La industria 4.0 o también llamada la iniciativa 4.0 es la estrategia para seguir para poder alcanzar la necesaria “Fábrica inteligente” o Smart Factory, en este caso nos hacemos las siguientes preguntas:

• ¿Por qué tenemos que avanzar hacia la fábrica inteligente?
  • Por la competencia a nivel mundial con zonas donde los costes de mano de obra son mucho más baratos.
  • La exigencia de una demanda mucho más personalizada que nos obliga a lotes mucho más pequeños en contra de una producción en masa.
  • Los costes de la energía y la sostenibilidad medioambiental.
  • La necesidad de reducción de los inventarios tanto intermedios (WIP) como en stocks de producto terminado.
  • La complejidad de los equipos.
  • Calidad individualizada por cada producto.

• ¿Qué requerimos para que una fábrica sea inteligente?
  • Que sea un lugar de trabajo saludable, donde las nuevas tecnologías, la gran capacidad de transmisión de datos y de análisis de estos permite un control total de la producción otorgando una trazabilidad total a los productos fabricados y un control total a distancia del estado de nuestros equipos.
  • Una red de comunicación que nos permita transmitir y manejar la enorme cantidad de datos generados.
  • Un sistema capaz de procesar la cantidad de datos generada.
  • Flexibilidad para adaptarnos a las exigencias de nuestros clientes.
  • Un equipo humano capacitado para asumir los roles y responsabilidades de la nueva estructura.

Para alcanzar el objetivo de la fábrica inteligente nos apoyaremos en una serie de tecnologías (disruptivas) existentes:

• Sensórica, el abaratamiento de los sensores y la mayor capacidad de comunicación gracias a interfaces como IO-Link, permite un control total de los equipos, gracias a que el cableado es mucho más simple, que son mucho más fácil de ajustar y de operar nos permite la instalación de estos dispositivos que operarán con mayor fiabilidad.

Ejemplo de integración del IO-Link en Siemens

• 5G / 6G. 5G, tecnología inalámbrica de comunicaciones móviles que permite una gran transferencia de datos, el avance en esta tecnología ha permitido un gran salto en las comunicaciones entre dispositivos, el 6G aún está en desarrollo, se espera grandes en transferencia de datos en términos de capacidad, velocidad, integridad, confiabilidad y latencia.

• IOT / IIOT (Internet of the things) / (Industrial Internet of the things) Dispositivos conectados a internet. El uso de dispositivos IIOT nos permite una comunicación en simultáneo con otros dispositivos, algunos de los cuales realizan análisis y un procesado de los datos. Numerosos de los sensores actuales están capacitados con IIOT con lo que el tiempo de respuesta se acorta tremendamente.

• Big data & Data analistic. Big data se refiere al enorme conjunto de datos que se procesan con el objetivo de tomar decisiones y ejecutar acciones basadas en el análisis de esa gran cantidad de datos disponibles. Los datos para que sean utilizables deben cumplir con las 5V´s del Big Data.

• RV y RA (Realidad Virtual y Realidad Aumentada). RV, representaciones de escenas y objetos simulados con apariencial real, RA superpone elementos virtuales a la visión de la realidad.

• Programas de Simulación. De procesos, validación y simulación de la fabricación, simulación de funcionamiento de una máquina, simulación de manejo de equipos.

• Robots colaborativos. Gracias a la miniaturización de los integrados, procesadores y componentes electrónicos ha permitido la creación de una nueva generación de robots capaces de compartir el hábitat con los humanos facilitando un trabajo colaborativo sin necesidad de colocar guardas ya que poseen sistemas avanzados de seguridad que no permiten el impacto con la persona

• IA (Inteligencia Artificial). Depende di del análisis de datos (algoritmos que potente tecnología permite el concepto de Machine learning, aprendizaje de las máquinas, o adaptación de la máquina a los parámetros operativos según las exigencias de funcionamiento.

• Plataformas colaborativas, Herramienta informática que ofrece un espacio accesible a todos los implicados en un proyecto, ofreciendo un área de trabajo común donde compartir toda la documentación, planos, planes, riesgos, minutas de reuniones, planes de acción, seguimiento ...

• PLM (Product Livecycle Management), Mantenimiento del ciclo de vida), Programa informático que en la misma plataforma gestiona desde que se crea el producto hasta el fin de su vida útil.

• Aditive Manufacturing. Sistema cada vez más utilizado de impresora 3D con polvo micronizado de metal (Aluminio, Acero, Titanio o mezcla de ellos) que mediante laser y partiendo de un diseño 3D, va fundiendo el metal por micro planos hasta conseguir la pieza requerida. La gran ventaja de este sistema es que piezas que serían impensables construir mediante mecanizados son construibles ahorrando en peso y en número de piezas lo que favorece enormemente a la fiabilidad final del equipo. Un ejemplo claro son los inyectores de los motores de Aviación.

• Gemelo digital. Muy relacionado con la Realidad Virtual / Realidad Aumentada, consiste en una copia virtual de un activo físico, herramienta que se va a tornar en fundamental a la hora de tomar decisiones para la actuación sobre un equipo (tareas de mantenimiento, reparaciones, entrenamiento y formación del personal tanto de operación como de mantenimiento)

• Dispositivos weareables. Son dispositivos que están conectados a internet mediante IOT y que se llevan en el cuerpo, como relojes, zapatillas …

• Etiquetas RFID (Radio frecuencia). Pequeños dispositivos equipados con antena, que puedes transmitir y recibir información por radio frecuencia desde un receptor / emisor, estos dispositivos pueden ser pegatinas o etiquetas adheridas al elemento, permitiendo el rastreo y obtener información de este en tiempo real.

• Cloud computing. Espacio virtual compartido que permita al usuario tener acceso tanto a base de datos como a software, facilita enormemente el acceso y el análisis de los datos con lo que es conveniente para soportar la estructura de las demás herramientas.

• Ciberseguridad. Importantísima tecnología base fundamental de un funcionamiento seguro de todo el sistema que hemos construido.

3. TECNOLOGÍAS DISRUPTIVAS APLICADAS A CADA FASE DE LA VIDA DE UN EQUIPO PARA LA MEJORA DE LA FIABILIDAD

Como comentamos al principio, la vida de un equipo pasa por 4 etapas en las que cada una de ellas pueden contribuir a que el resultado final tenga la fiabilidad que nuestro cliente nos solicita.

Concepción / Diseño.

Las tecnologías aplicables en esta fase incipiente del proceso serían:

• Big Data y Data Analistic. La gran capacidad de análisis y de buscar patrones de esta tecnología nos va a permitir tener una idea bastante acertada de las necesidades de los clientes, de cómo se mueve el mercado y disponer de la información de los problemas que unidades iguales o similares producidas han tenido a lo largo de su vida, esta base de datos de problemas nos ayudará a mejorar el diseño, aumentando la fiabilidad y también nos permitirá mejorar la mantenibilidad del producto.

• Plataforma colaborativa. Fundamental en esta fase ya que nos posibilita compartir toda la información del proyecto con todos los miembros del equipo.

• RV y RA. Con la realidad virtual y realidad aumentada podemos diseñar y conseguir prototipos virtuales con los que adelantarnos a potenciales problemas que nos encontraremos en el futuro, por ejemplo, de mantenibilidad, de la mejor ubicación de los elementos en el equipo.

• Aditive Manufacturing e impresión en 3D. Nos permitirá hacer prototipos y ajustar el diseño, lanzando un producto ya “testado” antes de que pase a fabricación.

Fabricación

¿Qué tecnologías disruptivas aplicaremos en esta fase fundamental desde el punto de vista de fiabilidad de un equipo?

• Etiquetas RFID. Durante todo el proceso de fabricación, las etiquetas RFDI nos permiten tener trazabilidad total de los elementos que forman el equipo, evitando errores en los componentes utilizados. Otro uso cada vez más habitual es la colocación de etiquetas RFID en puntos de atornillado en la fase de montaje del equipo, la herramienta del operario de montaje tiene un captador que recibe de la etiqueta la información del par con el que tiene que atornillar y automáticamente se adapta la herramienta a las necesidades de la especificación de montaje.

• Robots colaborativos. Una de las potenciales causas de fallo de un equipo es un incorrecto montaje de un elemento en la cadena de montaje que, si es un pequeño desajuste, ese producto puede pasar todos los controles de calidad, llegar al cliente y más tarde fallar en campo debido a las condiciones de operación. Suelen fallar los elementos que se instalan manualmente ya que la fiabilidad humana es menor que la fiabilidad de un robot, los robots colaborativos pueden realizar operaciones muy repetitivas con total exactitud y también son una gran ayuda en operaciones de montaje ayudando al operario de línea de producción a realizar su labor como ocurre por ejemplo en las cadenas de montaje de automóviles donde la colocación de las puertas se hace entre un operario y un robot colaborativo , esto asegura la perfecta colocación.

• Big Data & Analítica de datos. IIOT, 5G, Sensores. La aplicación de BD y DA y con la ayuda de la IIOT en los dispositivos de línea (sensores en las máquinas, lectores en las líneas de producción) mediante una comunicación fiable y rápida, va a permitir que el proceso de fabricación se estable, Lean, exista una comunicación Machine to Machine que permita el ajuste de las máquinas en el proceso durante la fabricación (Machine learning) de forma que la calidad del equipo que sale de la línea de producción sea la máxima.

Puesta en marcha.

Importante fase de la vida de un equipo que puede condicionar el futuro funcionamiento e incidir directamente en su tasa de fallo.

• RV & RA. Mediante la realidad virtual y la realidad aumentada podemos simular el escenario en el que va a ser instalado el equipo y desarrollar un hábitat que sea el más idóneo teniendo en cuenta como serán los accesos y las acometidas para conseguir una alta mantenibilidad de la instalación.

• Gemelo digital. Fundamental herramienta para la formación tanto de los operarios de producción como para el personal de mantenimiento ya que pueden practicar las tareas y procedimientos de trabajo que deberán seguir cuando el equipo está operativo, en un modelo virtual exactamente igual al modelo real. Siendo uno de los factores influyentes más importantes de los que depende la fiabilidad el correcto manejo y mantenimiento del equipo la formación es un pilar básico.

Utilización

En esta fase ya el equipo se enfrenta a su funcionamiento normal en el que debe cumplir con unos requisitos para los cuales ha sido diseñado a petición de nuestro cliente. ¿Qué tecnologías son aplicables durante la utilización?

• Etiquetas RFID. Colocadas en puntos específicos nos facilitará el mantenimiento correcto e impedirá malas operaciones del equipo. Sabremos en cada momento donde está localizado si es un equipo móvil. También mediante las etiquetas RFID en los elementos del equipo la requisición de piezas de repuesto es mucho más segura y directa con lo que reducimos el lead time con lo que mejoramos la disponibilidad.

• Gemelo digital. En esta fase el gemelo digital nos ayudará a preparar (entrenar) cualquier tarea de mantenimiento y acometerla con toda seguridad evitando potenciales averías por errores al desmontaje y montaje.

• Big Data / Analítica de datos. IIOT, Cloud,5G, Sensores. La combinación de estas 5 tecnologías nos permite un análisis en tiempo real del funcionamiento del equipo, que junto con la IA (Inteligencia Artificial) podre regular los parámetros de funcionamiento para que sean los óptimos, avisar con antelación de la posible ocurrencia de un problema e incluso mostrar las soluciones a aplicar en caso de que se produzca un fuera de estándar.

• Aditive Manufacturing / Impresoras 3D. Nos permitirá fabricar piezas de repuesto por lo que reduciremos el almacén de stocks y el lead time además en el caso de necesitar modificar la pieza porque queramos mejorar su fiabilidad lo podemos hacer prácticamente in situ y verificar casi inmediatamente.

• Dispositivos weareables. Permitirá al usuario, técnico de mantenimiento y personal que deba acceder al equipo comunicarse con facilidad y recibir imputs del equipo en tiempo real.

Proceso completo.

Por encima de todo el proceso hay tecnologías que permiten que las demás ejerzan su cometido. Estas son el PLM (Product Livecycle Management) que controla todo el ciclo de vida del equipo, incluido la post venta y la destrucción del activo dentro de la legislación. Esta herramienta se alimentará de toda la información generada por los dispositivos instalados. información de la plataforma colaborativa, datos del equipo almacenados durante su paso por la línea de producción…

• La Nube. Es el soporte donde todos los datos están almacenados, sin esta nube habría que hacer tremendas inversiones en infraestructura de servidores que más tarde o más temprano quedarían obsoletos siendo muy poco amortizables ya que cada vez necesitamos más capacidad de almacenamiento y velocidad de transmisión.

• Ciberseguridad. Puede que sea la tecnología fundamental, sin las barreras, controles, chequeos de esta herramienta, estamos expuestos a cualquier ataque desde el exterior. Todas estas tecnologías sin una protección nos pueden provocar un desastre.

Aplicando estas tecnologías en cada fase de la vida de un equipo conseguiremos partir de un diseño robusto que cubre las necesidades del mercado, con una fabricación Lean sin fallos y una explotación del activo cumpliendo con los estándares, la fiabilidad del equipo estará garantizada.